青藏高原东缘高寒草甸常见植物种子形状对萌发的影响

以青藏高原东缘高寒草甸383种常见植物种子为材料,分析种子萌发特性与种子形状(长、宽、高的三维方差)、体积及相对表面积之间的相关性,研究高寒草甸地区植物种子性状对其萌发特性的影响。结果显示:(1)种子萌发率和萌发速率与种子三维方差、相对表面积呈极显著正相关,与体积呈显著负相关;(2)种子平均萌发时间与种子体积呈显著正相关、与种子相对表面积呈显著负相关、与种子三维方差无显著相关性。表明体积较小而形状细长的种子具有较高的萌发率及萌发速率,体积大而圆的种子需要更长的萌发时间;小种子具有较大的相对表面积可能是其具有较高萌发率和萌发速率的原因之一。研究结果为土壤种子库形成机制的研究提供了一定的理论依据。     

氮硅添加对青藏高原高寒草甸土壤氮矿化的影响

为了解全球气候变化背景下氮沉降对土壤氮矿化的影响及硅添加对土壤氮矿化的促进作用, 该试验设置不同浓度的氮肥单独添加(0、20、40、60 g·m ^-2, 分别为对照CK、N20、N40、N60)以及与硅肥配施(硅酸4 g·m ^-2, Si4), 测定不同处理下0-20、20-40、40-60 cm土层土壤硝态氮含量、铵态氮含量、净硝化速率、净氨化速率以及净矿化速率。结果显示: (1)单独添加氮肥, 各土层土壤硝态氮和铵态氮含量均随处理浓度的增加而增加, 0-20 cm土层N20、N40、N60处理下土壤硝态氮和铵态氮分别较CK增加63.48%、126.04%、247.03%和80.66%、152.52%、244.56%; 随着土层深度增加, 土壤硝态氮、铵态氮含量均有下降, 20-40、40-60 cm土层较0-20 cm土层硝态氮含量分别平均减少53.90%、76.05%, 铵态氮含量分别平均减少48.62%、68.23%。(2)土壤净硝化速率、净氨化速率及净矿化速率随着氮肥浓度增加均呈上升趋势。相同氮肥添加浓度下, 土壤净硝化速率、净氨化速率和净矿化速率随着土层深度增加逐渐下降(除CK外)。(3)与单独添加氮肥比较, 氮硅肥配施, 土壤氮含量有显著提高, 在0-20 cm土层硝态氮和铵态氮较CK分别增加98.78%、192.62%、330.16%和99.96%、195.82%、306.32%, 20-40、40-60 cm土层也有类似趋势。同时, 氮硅配施促进了土壤氮矿化行为, 在0-20 cm土层, N60Si4处理下的土壤净硝化速率、净氨化速率较单独施氮时分别增加35.88%、27.41%。以上结果表明, 与单独氮肥添加相比, 氮硅配施不但能提高土壤氮含量, 而且能促进土壤氮的矿化作用, 对大气氮沉降有一定的缓解作用。     

硅的生物学功能及在草地生态系统中的应用研究进展

硅能增强农作物对干旱和重金属如铝、镉、锰等的抗性已得到大量的证实,但硅在草地生态系统中的作用及作用机理至今没有明确。将国内外有关硅对土壤质地、植物个体生长以及植物群落结构影响的最新研究进行归纳,以期为硅在草地生态系统中的应用提供理论支持。通过总结发现,硅能够提高土壤有机碳、硝态氮、铵态氮和速效磷含量;在施氮肥情况下,硅肥添加通过改善植物群落的光照条件,提高杂类草的生长高度,从而缓解因氮肥添加导致的物种丰富度降低,提高植物群落的地上生产力。因此,硅在草地生态系统中具有非常重要的作用,今后应加强硅对植物生物量碳氮和土壤有机碳积累的调控作用、硅对草地生态系统中碳、氮、磷元素的生物地球化学循环规律和生产力形成机制方面的研究工作。     

氮磷硅添加对青藏高原高寒草甸垂穗披碱草叶片碳氮磷的影响

以甘南高寒草甸常见牧草垂穗披碱草(Elymus nutans)为研究对象,比较不同氮磷硅添加下,垂穗披碱草叶片对元素添加的反应。研究发现:氮添加显著提高土壤中硝态氮和铵态氮的含量;磷添加提高了土壤中全磷和速效磷的含量;高浓度的硅单独、硅与氮或磷混合可提高土壤中硝态氮的含量或全磷和速效磷的含量;氮和磷单独添加分别能提高垂穗披碱草叶片全氮和全磷含量,高浓度的硅单独、硅与氮或磷混合添加都能提高垂穗披碱草叶片全氮和全磷的含量。就硅元素而言,高浓度的硅添加,硅与氮或磷混合添加能提高土壤硝态氮、全磷和速效磷的含量,促进垂穗披碱草对土壤中氮磷的吸收,从而使植物叶片中氮磷的含量增加。     

氮肥添加对青藏高原高寒草甸6个群落优势种生态化学计量学特征的影响

以青藏高原高寒草甸为研究对象,通过人工氮肥添加试验,研究6个群落优势种在不同施氮(N)水平下叶片碳(C)、N、磷(P)元素含量的变化以及生态化学计量学特征。结果表明:自然条件下,6个物种叶片N、P质量浓度存在显著的差异,表现为:黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)最高,为24.5和2.51 g·kg–1,其叶片N含量低于而P含量高于我国其他草地的豆科植物;其余5个物种叶片N、P质量浓度分别为11.5–18.1和1.49–1.72 g·kg–1,嵩草(Kobresia myosuroides)叶片N含量最低,垂穗披碱草(Elymus nutans)叶片P含量最低,与我国其他区域的研究结果相比,其叶片N和P含量均低于我国其他草地非豆科植物。随氮素添加量的增大,6种群落优势种叶片的C和P含量保持不变;其他5种植物叶片N含量显著增加,黄花棘豆叶片N含量保持不变。未添加氮肥时,6种植物叶片N:P为7.3–11.2,说明该区植物生长更多地受N限制。随N添加量的增加,除黄花棘豆外,其他5种植物叶片N:P大于16,表现为植物生长受P限制。综合研究表明,青藏草原高寒草甸植物叶片N含量较低,植物受N影响显著,但不同物种对N的添加反应不同,豆科植物黄花棘豆叶片对N添加不敏感,其他5个物种叶片全N含量随着N添加量的升高而增加,该研究结果可为高寒草甸科学施肥提供理论依据。     

青藏高原高寒沼泽湿地在退化梯度上植物群落组成的改变对湿地水分状况的影响

对青藏高原东缘玛曲高寒沼泽湿地分属于15科的47种主要植物进行光合测定, 结合对不同退化类型植物群落的样方调查, 分析了各种植物之间以及不同功能群之间的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率等光合参数的差异。结果表明: 1)玛曲高寒湿地的主要物种在净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率4个光合特性参数上的差异显著, 表明各植物种以各自独特的方式适应高寒湿地环境; 在功能群水平上, 各功能群之间的差异亦显著。光合速率从大到小依次为禾草>莎草>豆科和其他双子叶类杂草, 水分利用效率则是莎草>禾草>豆科和其他双子叶类杂草; 2)湿地退化导致其群落组成发生明显改变, 其中最明显的特点是双子叶类杂草的比例大大增加; 而双子叶类杂草普遍较低的水分利用效率将会增大土壤水分通过光合作用的蒸腾散失, 在大气降水对水分补充变化不大的条件下, 这将会进一步加剧群落生境的干旱化, 不利于退化湿地的恢复和附近湿地的保护。研究结果表明, 在湿地保护和退化湿地恢复过程中, 典型湿地土著物种的保存和补充具有重要意义。     

盐胁迫对沙拐枣光合生理特性的影响

以采自甘肃民勤一年生的沙拐枣幼苗为试材,对不同NaCl浓度(0、50、100、200、300mmol·L~(-1))处理下沙拐枣光合生理特性进行分析,并对各生理指标与地上生物量进行灰色关联度分析,以探讨荒漠植物沙拐枣的抗盐机理,为沙拐枣的保护及其恢复荒漠生态系统稳定提供理论依据。结果显示:随着NaCl浓度的升高,沙拐枣同化枝内脯氨酸含量逐渐增大,而其可溶性糖含量逐渐减小;在低浓度NaCl(50mmol·L~(-1) NaCl)处理下,同化枝光合参数均增加,且净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均达到最大值,比对照分别显著增加了33.3%、68.0%、60.8%;与50mmol·L~(-1) NaCl相比,处理浓度超过50mmol·L~(-1) NaCl时,Pn、Gs、Tr均降低;同化枝叶绿素b含量随着NaCl浓度的增加而降低,而叶绿素a和总叶绿素含量均呈先增加后降低的趋势。灰色关联度分析发现,同化枝的Tr、Gs、Ci以及叶绿素b与地上生物量的关联度较大。研究表明,低盐浓度NaCl激活了沙拐枣的某些生理机制,有利于植株的光合作用和生长,而植物在高盐浓度胁迫时能通过调节脯氨酸和可溶性糖的含量,减少叶绿素含量、Pn和Tr等维持自身的生长。     

大气CO2浓度及温度升高对高山灌木鬼箭锦鸡儿(Caragana jubata)生长及抗氧化系统的影响

以CO_2浓度及温度升高为主要标志的全球气候变化将对我国西北地区脆弱的生态系统产生重要影响。利用环境控制实验研究CO_2浓度倍增(eCO_2, C_1:400μmol/mol和C_2:800μmol/mol)和温度升高(eT, T_1:20℃/10℃和T_2:23℃/13℃)对高山灌木鬼箭锦鸡儿(Caragana jubata)生长及抗氧化系统的影响。结果表明:eCO_2和eT表现出相反的生长和生理效应,eT对幼苗生长的影响要大于eCO_2对其的影响。eT使幼苗的总生物量、净光合速率(NAR)和相对生长速率(RGR)降低;但可促进地上部分生长,叶生物量比及叶面积比增加。eCO_2可减缓或补偿由eT引起的总生物量、NAR和RGR的降低,并促进地下部分生长。对抗氧化系统来说,eT使得超氧化歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性降低,还原型谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(ASA)含量降低;eCO_2只增加常温下SOD酶活性,并使GSH、ASA整体水平提高。结论:温度升高和CO_2浓度倍增没有协同促进鬼箭锦鸡儿幼苗的生长和光合能力。温度升高将对幼苗生长和抗氧化系统产生不利影响,eCO_2可促进生长并可能通过抗氧剂含量增加来缓解氧化胁迫。因此,未来气候变化,尤其是温度升高将会对高寒区植物产生较大影响,CO_2浓度增加可缓解增温的不利影响。